题目：新固相源TSIG法制备单畴SmBCO超导块材的研究

RE-Ba-Cu-O(REBCO, RE为稀土元素Y、Gd、Sm、Nd等)系列高温超导块材具有高的磁悬浮力、高的临界转变温度以及大的无阻载流能力等性能，在超导磁悬浮、超导电机及超导飞轮储能等方面具有十分广泛的应用前景。在REBCO系列超导材料中，相对于YBCO、GdBCO超导块材而言，采用低氧压熔化生长技术制备的单畴SmBCO超导块材具有更高的临界温度和临界电流密度，因此，已成为最具发展潜力的REBCO超导材料之一。但是，在制备SmBCO超导块材的过程中，以前采用的顶部籽晶熔渗生长法(TSIG)需要制备两种以上的粉体，消耗了大量的时间、而且工艺过程比较繁琐，同时对粉体也会造成一定的浪费。因此，本文以降低成本、提高效率和超导性能为目的，采用新固相源(Sm2O3+xBaCuO2)TSIG法制备出了单畴SmBCO超导块材，研究了新固相源的最佳组分、以及过冷度和慢冷速率对SmBCO超导块材生长规律、显微组织及其性能的影响。进一步优化热处理程序，成功制备出了直径为30mm的高质量的单畴SmBCO超导块材。主要结论如下：

(1) 以Sm2O3+xBaCuO2(x=0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4)分别作为新固相源，以Y2O3、CuO、BaCuO2的混合粉体(Y2O3+6CuO+10BaCuO2)液相源，采用TSIG法制备出了一批SmBCO超导块材。通过对其物理性能的测试及比较分析发现：采用新固相源法顶部籽晶熔渗法可制备出具有良好单畴性的SmBCO超导块材。样品的显微结构表明，随着BaCuO2添加量的增加，Sm211粒子的数目逐渐减少，尺寸也逐渐减小。随着BaCuO2添加量的增加，样品的超导起始转变温度逐渐增加，当x=1.4时, 样品的起始转变温度增加到96K；但样品的超导转变宽度在x=1.2时最窄，相应的超导起始转变温度为95.5K。因此，当x=1.2时，样品的超导性能应最好，实验结果进一步证明，当x=1.2时，样品的磁悬浮力和捕获磁通密度均最大，分别为44.34N和0.2680T。因此，新固相源(Sm2O3+xBaCuO2) TSIG法制备高质量的单畴SmBCO超导块材的最佳x值为1.2。

(2) 采用等温生长和淬火法相结合的方法研究了过冷度对新固相源（Sm2O3 +1.2BaCuO2）TSIG法SmBCO超导块材生长规律、显微组织及其性能的影响。结果表明过冷度的变化对样品的宏观形貌、微观形貌、生长速率、以及超导性能有着重要影响。在一定温区内，随着过冷度的增加，样品表面生长的单畴扇区面积逐渐增加，表明样品的生长速率也逐渐增加；随着过冷度的增加，Sm123生长前沿所捕获的小尺寸Sm211粒子数目也逐渐增多，样品的磁通钉扎和临界电流密度亦逐渐增大。但是，随着过冷度的增加，样品的临界温度却逐渐下降，超导转变宽度亦逐渐变宽。因此，只要选择合适的生长温区，就能采用新固相源法制备出高质量的SmBCO超导块材。

(3) 在等温生长和淬火法研究的基础上，发现采用新固相源制备SmBCO超导块材的慢冷温区为1059-1043℃，在确保该温区不变的情况下，研究了慢冷速率对样品生长的宏观形貌、生长速率、显微组织及其性能的影响。结果表明：随着慢降温速率的增大，样品表面的单畴扇区呈现逐渐减小的趋势，当慢降温速率增加到2.0℃/h，样品表面开始出现随机成核的小晶粒；样品沿c轴的单畴区域面积亦呈现逐渐减小的趋势，生长线也逐渐变短；但随着慢降温速率的增加，样品沿a-b面和c轴的生长速率呈现先增大后减小的趋势；相对而言，在该温区内，慢冷速率对样品沿c轴的生长速率影响较大。样品的微观结构表明，随着慢冷速率的增加，SmBCO超导块材捕获的Sm211粒子数目逐渐增加，尺寸逐渐减小。样品的临界温度和临界电流密度测试结果表明，当慢冷速率为1.2℃/h时，其临界电流密度最好，当慢冷速率大于或小于1.2℃/h时，样品的超导性能均有所下降。

(4)通过优化热处理程序，采用新固相源TSIG法成功地在空气气氛中制备出了高质量的、直径为32mm、厚度为8.4mm的大尺寸SmBCO超导体块材，其最大磁悬浮力达到98.7N (77K，0.5T)，最大捕获磁通密度达到1.15T(磁化磁场强度为1.2 T，77K)。